胡 帆，王凌震，劉 穎，沈 瑱，楊恒祥，鄒 超

(1.江蘇省氣象探測中心，南京 210041；2.黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，哈爾濱150030)

0 引言

酸度計廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研和環(huán)保等領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)室酸度計使用一段時間后，技術(shù)性能有所改變[1，2]，因此必須定期送計量部門進(jìn)行檢定[3，4]。掌握酸度計的原理、使用和維護(hù)有助于更好地完成酸度計檢定工作[5]。文章以本中心氣象儀器計量站使用的pHC-1D型智能化酸度計檢定儀檢定常用的PHSJ-3F型實(shí)驗(yàn)室酸度計為例論述實(shí)驗(yàn)室酸度計檢定的內(nèi)容。

1 酸度計和酸度計檢定儀的結(jié)構(gòu)

酸度計又叫pH計，是一種用于測量液體中氫離子濃度的儀器設(shè)備，準(zhǔn)確地說是測量氫離子活性，得出酸性、中性還是堿性數(shù)值的儀器設(shè)備。pH值并不能直接獲取，而是通過標(biāo)準(zhǔn)比較法測量放入溶液中的指示電極和參比電極的電動勢之差，從而確定溶液pH值。PHSJ-3F型實(shí)驗(yàn)室酸度計具有自動溫度補(bǔ)償、自動校準(zhǔn)、自動計算電極的百分斜率等功能。

pHC-1D型酸度計檢定儀的核心部件(電勢發(fā)生器)采用獨(dú)有技術(shù)，確保了檢定儀具有高準(zhǔn)確度、高復(fù)現(xiàn)性和高分辨力等優(yōu)良的計量特性，全部檢定項(xiàng)目均按國家檢定規(guī)程程序化，各項(xiàng)檢定均能按規(guī)程自動給出檢定信號、自動按規(guī)程接入“高阻”、自動記錄檢定結(jié)果，并可按檢定規(guī)程要求處理所有的數(shù)據(jù)。檢定儀有提示、判錯功能，操作簡單，可省去現(xiàn)場檢定時做大量的記錄及繁雜計算的存儲，斷電后還可保存最近的20～30臺檢定數(shù)據(jù)，可隨時調(diào)出查閱，便于開展外出檢定工作。

檢定儀具有自動校準(zhǔn)功能，可用“校準(zhǔn)”功能對零點(diǎn)和系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正，從而進(jìn)一步提高檢定儀的準(zhǔn)確度。檢定儀采用鍵控電調(diào)整，校準(zhǔn)全部由軟件完成，徹底消除了可調(diào)元件磨損和形變引起的不穩(wěn)定。檢定儀具有設(shè)計新穎、可靠性強(qiáng)、體積小、便攜、操作簡單和性價比優(yōu)的特點(diǎn)；除了滿足各種準(zhǔn)確度的酸度計和離子計的檢定外，又可作pH示值及mV示值發(fā)生器靈活使用。檢定儀可在任何酸度及溫度下輸出相應(yīng)的電勢值，3種參數(shù)均可從顯示器上讀出，免去計算或查表等工作。pHC-1D 型酸度計檢定儀的計量性能要求如表1所示。

表1 pHC-1D 型酸度計檢定儀的計量性能要求

2 實(shí)驗(yàn)室酸度計的檢定內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)室酸度計檢定前的準(zhǔn)備

PHS系列臺式實(shí)驗(yàn)室酸度計有多種型號，如PHS型和PHSJ型。文章以目前檢定較多的0.01級的PHSJ-3F型為例具體說明酸度計檢定儀的應(yīng)用。酸度計的檢定分為電計檢定和電極的整機(jī)檢定。電極是易耗品，需要定期更換，因此文章僅論述了檢定儀在電計檢定中的應(yīng)用。根據(jù)JJG119-2018《實(shí)驗(yàn)室pH(酸度)計檢定規(guī)程》的要求，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件是溫度23 ℃±10 ℃，相對濕度≤85%。檢定0.01級及其以下的酸度計的檢定儀不需要預(yù)熱。將檢定儀與酸度計通過信號線連接，打開檢定儀和酸度計的開關(guān)。檢定儀自檢后進(jìn)入正常工作狀態(tài)，除了檢定酸度計溫度補(bǔ)償引起的示值誤差以外，檢定其他項(xiàng)目時檢定儀的溫度補(bǔ)償調(diào)至25 ℃。PHSJ-3F型酸度計的電計檢定內(nèi)容包括電計pH檔的示值誤差、電計電壓檔(mV)示值誤差、電計輸入電流、電計輸入阻抗引起的示值誤差、電計溫度補(bǔ)償引起的示值誤差和電計示值重復(fù)性等。檢定前首先查看酸度計的K值，K值是指pH值每改變一個單位所引起的電動勢的改變值。K是能斯特方程理論斜率，25 ℃時，K=0.059157(單位：V)。如果K<100%，應(yīng)通過酸度計的自動標(biāo)定等方式先將酸度計的K值恢復(fù)成K=100%，然后才能進(jìn)行電計的檢定。連接好檢定儀與酸度計的通信線，并自檢檢定儀和酸度計。

2.2 實(shí)驗(yàn)室酸度計的檢定內(nèi)容

2.2.1 酸度計pH檔的示值誤差

首先在酸度計檢定儀上選擇檢定電計pH檔示值誤差程序，再設(shè)置檢定儀輸出的電位值，pH一般是7.00。酸度計的pH也要調(diào)整到7.00。然后操作檢定儀并完成7.00～0.00和7.00～14.00 的輸入，查看并記錄酸度計的顯示數(shù)據(jù)。計算每個檢定點(diǎn)的示值誤差ΔpH。

(1)

2.2.2 酸度計mV檔的示值誤差

在檢定儀上選擇檢定電計mV示值誤差程序，即檢定儀上選擇mV測量模式，酸度計也選擇mV測量模式。通過設(shè)置檢定儀輸出的正反向，輸出標(biāo)準(zhǔn)電位從0.00～2000 mV，以及0.00～-2000 mV，檢定儀分別輸出1個來回的標(biāo)準(zhǔn)電位。示值檢定點(diǎn)為：0 mV，±1 mV，±10 mV，±100 mV，±500 mV，±1000 mV和滿量程點(diǎn)±2000 mV，記錄酸度計的顯示值。如果檢定儀滿量程點(diǎn)輸出，而酸度計顯示錯誤或無顯示，此時應(yīng)調(diào)低檢定儀輸出的電位，直到酸度計能夠正常顯示時，再記錄檢定儀和酸度計的示值。按照下列公式計算酸度計mV檔的示值誤差ΔE。

(2)

2.2.3 酸度計輸入阻抗引起的示值誤差

(3)

當(dāng)檢定儀在接入和斷開高阻的情況下輸出pH為1時，記錄酸度計在檢定儀高阻接入前后的示值，重復(fù)操作3次。并計算出酸度計輸入阻抗引起的示值誤差ΔpH′。取ΔpH和ΔpH′中的最大絕對值作為檢定結(jié)果。檢定規(guī)程要求：酸度計輸入阻抗引起的pH示值誤差不大于0.01為合格。

2.2.4 酸度計溫度補(bǔ)償引起的示值誤差

溶液溫度的變化會改變K值，引起pH的改變[6]，因此酸度計需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在檢定儀上選擇檢定酸度計溫度補(bǔ)償引起的示值誤差程序，按照程序化操作模式，通常在檢定儀上設(shè)置溫度點(diǎn)分別為0 ℃，10 ℃，20 ℃，50 ℃和60 ℃，酸度計也要分別設(shè)定在相同的溫度點(diǎn)上。酸度計溫度點(diǎn)的設(shè)置步驟如下：先按酸度計上的“設(shè)置”鍵；再按“?”鍵；選擇“溫度補(bǔ)償”；再選擇溫度補(bǔ)償方式為“手動”；最后手動輸入需要的溫度值。在每一個檢定的溫度點(diǎn)，檢定儀輸出該溫度下pH為13.00的標(biāo)準(zhǔn)值給酸度計，記錄酸度計的示值，每個溫度點(diǎn)重復(fù)測量2次。計算出每個溫度點(diǎn)的溫度補(bǔ)償引起的示值誤差ΔpHT。

(4)

2.2.5 酸度計輸入電流

酸度計輸入電流是指由酸度計輸入端電子器件的漏電所產(chǎn)生的電流。輸入電流會在電極內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而造成酸度計的測量誤差。在檢定儀上選擇檢定酸度計輸入電流程序，選擇檢定儀已經(jīng)設(shè)置好的程序化操作模式，當(dāng)檢定儀在接入和斷開高阻的情況下輸出等電位pH時，記錄酸度計的示值，重復(fù)測量3次。按照下列公式計算酸度計輸入電流I。

(5)

式中，R表示檢定儀的高阻，1 MΩ或3 MΩ，通常選擇1 MΩ；pH2和pH1分別表示酸度計在斷開和接入檢定儀高阻時的pH；k表示能斯特方程理論斜率，25 ℃時，k=0.059157(單位：V)。檢定規(guī)程要求：酸度計輸入電流I不超過1×10-12A為合格。

2.2.6 酸度計的示值重復(fù)性

在檢定儀上選擇檢定酸度計示值重復(fù)性程序，按照程序化操作，檢定儀輸出pH為10的標(biāo)準(zhǔn)值，酸度計在接入高阻情況下，記錄示值，重復(fù)操作6次。按照以下公式計算酸度計的示值重復(fù)SpH。

(6)

3 結(jié)束語

通過對實(shí)驗(yàn)室酸度計的檢定，可以全面掌握實(shí)驗(yàn)室儀器的性能。在實(shí)際工作中，由于儀器老化、操作不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致各種示值誤差的出現(xiàn)甚至故障，必須定期對實(shí)驗(yàn)室酸度計進(jìn)行檢定。熟練掌握酸度計檢定儀的性能以及操作使用方法能夠更好地完成酸度計的檢定工作。